文档介绍：海南大学
科目:材料腐蚀与防护
题目:石油管道的应力腐蚀与防护
学号:20090413310087
姓名:杨宁
学院:材料与化工学院
专业:09级材料科学与工程
任课教师:汪国庆
石油管道的应力腐蚀与防护
腐蚀是石化企业安全生产的一大隐患,也是石化企业提高经济效益的大敌。石油管道是石油运输系统中的主要容器,在其内部腐蚀性介质的作用和外部环境的影响下,腐蚀相当严重,如果不能及时掌握腐蚀程度,采取必要的保护措施,将会造成各种恶性事故。随着石油工业发展速度不断加快,石油运输越来越频繁,因此石油管道的腐蚀问题日益突出。本文主要讲石油管道的应力腐蚀以及相应的防护措施。
石油管道由于其所处的环境复杂,常常发生点腐蚀,微生物腐蚀,杂散电流腐蚀和应力腐蚀等。其中应力腐蚀的突发性,危害性最为严重。应力腐蚀(SCC:stress corrosion cracking)是拉应力与腐蚀介质共同作用下发生的极其危险的腐蚀形式,,甚至危及人身安全。
1 应力腐蚀的类型
应力腐蚀破裂(SCC)是一种环境致裂形式,它的发生必需同时满足3个条件:敏感材料、拉应力以及特殊的环境。分为高pH-SCC()和近中性pH-SCC()。高pH-SCC发生在高浓度的CO32-/HCO3-溶液环境中(pH约为8~11),最早发现于美国(1965年);而近中性pH-SCC发生在稀的HC03-溶液环境中( ~8,),1985年最早发现于加拿大。
高pH-SCC的破坏形态为沿晶型(),发生在浓的碳酸盐和碳酸氢盐中,介质的pH值较高,通常为8~,温度为22~90
℃,故称之为高pH-SCC,。近中性pH-SCC的破坏形态为穿晶型(),一般发生在涂覆层受损、剥离和多孔渗水处,在含CO2的稀电解液中形成,pH值为6~8,故称为近中性pH-SCC或低pH-SCC,。虽然有一些相似之处,比如说它们均沿着与管道轴向平行的方向发展,引起管线开裂,裂纹主要在管道的下底侧形核,裂纹侧壁通常覆盖有磁铁矿膜或者碳酸铁膜。然而,却有着许多不同的特征,的比较见表1.
表1 近中性pH-SCC和高pH-SCC的条件和特征
2 应力腐蚀的影响因素
环境因素
影响管道应力腐蚀开裂的环境因素很多,如离子的种类、离子的浓度、pH值、氧及其它气体、缓蚀剂、温度、压力、外加电流、辐射等等。这些因素通过影响对材料的电化学行为如双电层结构、电极电位、电极的极化和钝化、传质动力学、氢的吸附和扩散聚集以及微观电化学的不均匀性等,而对裂纹的形核和扩展过程产生影响。
pH值的影响
管材在高pH环境下形成一层保护性好的致密氧化膜,而在近中性土壤环境下形成一层不稳定的水化膜,其对基体的保护作用远不及前者。一般来说,-SCC敏感电位区增宽并向负方向移动,-SCC几率增大:近中性pH-SCC一般认为不受温度的影响。,但实验发现,温度从30℃下降到10℃时,CO2在水中的溶解度增加,水解产生的H+增多。从而产生更多的氢原子,氢致开裂的作用越显著,SCC敏感性也增加。的发生。电位过高不能有效阻止腐蚀发生;电位过低会促使析氧反应,导致氢脆发生。管材在电位为一775 mV(SCE),电位低于一1000mV(SCE)时,氢致开裂占主要作用,SCC敏感性大大增加。土壤高电阻率可使阴极保护电流不能到达管道表面,这样,如果管道表面有地下水和CO2,则可产生碳酸环境,~,从而产生近中性pH-SCC。
温度与氧浓度
美国有关的现场调查表明,90%的晶间开裂发生在气压站下游16 km以内,这正是管道上温度最高区段,这也说明温度对发生高Ph-:敏感电位范围,-/CO32-溶液的重要因素。在温度较高的管段安装冷却装置进行降温,事故发生的可能
性。但是对于在近中性pH值环境中,却存在不同的现象。Parkins认为在近中性环境中,敏感性没有影响。而郭浩等人采用慢应变速率实验(SSRT)研究了不同温度下管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为结果表明,不同温度下管线钢开裂方式都是穿晶型的,具有准解理特征,并认为随温度的下降,溶液pH值略有降低,,即50℃的阈值电位在—600~—500 ℃的阈值电位在—500 ~—400 mV之间,敏感性很低或不发生。与管道温度之间不存在明显关联,多发生在较冷气候带,如加拿大和